단백질 항원 발현 세포배양법을 이용한 구제역 항원-항체 결합 백신 개발

Abstract

Foot-and-mouth disease virus (FMDV) is the first confirmed and well studied virus in animal. It causes foot-and-mouth disease (FMD), a highly contagious animal disease, is spread by air, produces vesicle symptoms, and inflicts tremendous economic damages. It is classified as an Aphthovirus of Picornaviridae, lacks an envelope, and its nucleic acid size is about 8,500 base pairs. The complete virus particle is a regular icosahedron consisting of 60 combinations of 4 types of capsid proteins (VP1, VP2, VP3 and VP4). The inactivated vaccines, currently used in many countries, have low antibody formation rate, which creates a potential risk for FMD outbreaks. The development of a new vaccine, such as recombinant vaccine, without the problems of the inactivated vaccine is urgently needed but is limited by the high production costs. To evaluate the possibility of a new generation of vaccine, antigen-antibody complex vaccines were developed, and their efficacy was tested in guinea pigs as the preliminary experiment. The antigen-antibody complex vaccines for porcine epidemic diarrhea virus (PEDV) and newcastle disease virus (NDV) were produced by combining antigens and antigen specific antibodies. Inactivated antigens (PEDV and NDV) and antigen-antibody complex (PEDV-IgG and NDV-IgG) were vaccinated into four guinea pigs, respectively. Antibody titers produced by antigen-antibody complex have been identified 60-110% higher than those by antigen alone. The aims of this study were to increase the immunogenicity and decrease the production costs by using cell strains that express recombinant FMDV proteins (VP1-3C and VP1-3D). Cell strains continuously producing the recombinant antigens were developed by transducing retroviral vector particles. Specific IgG against VP1-3C and VP1-3D were refined from immunized pigs. VP1-3C-IgG and VP1-3D-IgG antigen-antibody complex vaccine were made by combining antigens and specific antibodies. Inactivated FMDV vaccine and antigen-antibody complex vaccines (VP1-3C-IgG and VP1-3D-IgG) were inoculated in 4 pigs, respectively. The antibody titers of the developed antigen-antibody complex vaccines were confirmed as 2–3 times higher than that of the inactivated vaccine currently used in Korea. These studies may provide academic backgrounds for next generation of vaccine with high efficiency.

구제역 바이러스(foot-and-mouth disease virus: FMDV)는 처음으로 확인된 동물 바이러스로, 동물 바이러스 연구의 최초 모델이다. 구제역은 동물의 가축 전염병 중에서 공기 전파 등으로 가장 전파력이 강하며, 동물에 수포 증상에 의한 피해와 경제적으로도 영향을 주는 질병이다. 구제역 바이러스는 picornaviridae의 aphthovirus속으로 분류되는 바이러스로 envelope를 갖고 있지 않으며, 핵산의 크기는 약 8,500 bp 정도이다. 바이러스 완전입자는 4종류의 capsid 단백질(VP1, VP2, VP3, VP4)이 각각 60개가 결합하여 이루어져 있는 정이십면체구조를 하고 있다. 국내에서 사용되는 불활화 백신은 돼지에서 항체 형성률이 떨어지며 불활화 백신의 사용은 구제역 발생에 잠재적인 위험성이 있다. 따라서 현재 백신의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 백신의 개발이 시급히 이루어져야 한다. 산업동물에서 재조합 백신은 생산 단가가 너무 높아 이용하기에 무리가 있다. 불활화 백신을 대체할 새로운 백신의 개념으로 항원-항체 결합 백신의 가능성을 알아보기 위한 예비실험으로, 기니피그에서 porcine epidemic diarrhea virus(PEDV)와 newcastle disease virus (NDV)를 이용한 항원-항체 결합 백신의 제작 및 효능 평가를 하였다. PEDV, NDV, PEDV-IgG 결합체 그리고 NDV-IgG 항원을 그룹 당 4마리씩 투여한 결과 항원 단독 백신보다 항원-항체결합 백신을 투여한 그룹에서 60%～110%의 항체가 비율의 상승이 확인되었다. 본 연구에서는 FMDV에 대한 면역원성을 높이고 낮은 비용으로 생산이 가능한 재조합 단백질을 생산하기 위하여, VP1과 3C 그리고 3D 단백질을 조합하여 VP1-3C와 VP1-3D의 재조합 단백질을 지속적으로 발현할 수 있는 세포주를 개발하였다. 개발된 세포주를 이용하여 항원을 대량으로 생산 및 정제하고 돼지에 VP1-3C와 VP1-3D 재조합 단백질을 고도 면역시켰다. 면역된 돼지로 부터 IgG를 정제하여 VP1-3C-IgG와 VP1-3D-IgG의 항원-항체 결합 백신을 제작하였다. 개발된 항원-항체 결합 백신과 현재 한국 등에서 사용하는 불활화 FMDV 백신을 그룹 당 4마리의 돼지에 투여하여 항체 형성률을 비교하였다. 본 연구에서 개발된 항원-항체 복합체 백신은 현재 사용되는 불활화 백신에 비해 약 2-3배 높은 항체가를 나타내었다. 이상의 결과를 바탕으로, 본 연구를 더욱더 발전시키면 다양한 질병에 대한 항원-항체 결합 백신의 개발이 가능하리라고 사료되고 본 연구의 결과는 효율이 높은 신세대 세대의 백신의 가능성을 제시하여 준다고 할 수 있다.